Problématiques non résolues : Les principaux défis restants dans la recherche sur les énergies propres

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Mis à jour le Wed Mar 03 2021

Il y a un grand nombre de problèmes ouverts et de technologies potentielles. Nous n'en citerons que quelques-uns. En outre, les discussions économiques et politiques sur des sujets tels qu'une taxe sur le CO₂ sont des problèmes ouverts extrêmement liés que nous n'abordons pas dans ce chapitre.

Le stockage d'énergie

Problem: Large-scale storage to enable solar and wind growth

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Description:

Pour déployer à grande échelle des sources d'énergie variables comme le solaire et l'éolien, nous avons besoin de stocker l'énergie quand elle est générée jusqu'à ce qu'on ait besoin de l'utiliser. De nombreuses technologies différentes de stockage existent, allant des multiples sortes de batteries au stockage thermique, en passant par l'air comprimé et le pompage hydroélectrique. Réduire les coûts et augmenter l'efficacité et l'applicabilité de ces systèmes est crucial pour le succès des énergies renouvelables. Ces technologies doivent être beaucoup moins chères et plus efficaces pour permettre un déploiement à grande échelle de l'énergie solaire et éolienne.

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Problem: Better, more sustainable, and (even) cheaper batteries for cars and trucks

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Avec la popularité croissante des véhicules électriques et l'accélération de l'électrification, les travaux sur les batteries deviennent de plus en plus urgents. Nous voulons que les batteries aient une durée de vie plus longue, qu'elles soient encore plus simples et moins chères à fabriquer et qu'elles aient de meilleures performances. Les travaux visant à fabriquer des batteries performantes avec moins de cobalt ou sans cobalt sont également essentiels. En effet, le cobalt est à la fois non durable et fort coûteux lorsqu'exigé en grandes quantités.

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Problem: Hydrogen from electricity: cheap and efficiently

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Description:

L'hydrogène pourrait remplacer les combustibles à base de carbone dans les avions et les bateaux, et pourrait peut-être concurrencer les batteries de voitures... si seulement nous pouvions le faire efficacement. Le coût de l'électricité renouvelable n'est qu'une partie de l'équation ici. Les électrolyseurs, les machines qui font de l'hydrogène à partir de l'eau, doivent devenir moins chers. Comme l'hydrogène est un gaz à température ambiante, il doit être comprimé. Le processus de compression doit donc aussi être optimisé et potentiellement intégré directement à l'électrolyse.

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L'énergie nucléaire

Problem: Make nuclear cheaper and build reactors faster

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Description:

La durée médiane de construction en 2018 était de huit ans et demi. Cela augmente naturellement le risque financier et politique lié à la la construction de nouveaux réacteurs. Plus les réacteurs sont bon marché et rapides, plus les incitations à en construire de nouveaux sont importantes.

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Problem: Make nuclear popular & encourage pro-nuclear-research policies and funding, especially in growing economies

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L'énergie nucléaire est une source d'énergie incroyablement sûre et à faible émission de carbone. L'énergie nucléaire fait face à une certaine opposition en raison d'accidents rares, mais très visibles. Face à un défi aussi grave que le changement climatique, il vaut mieux envisager soigneusement toutes les solutions. Nous ne voulons pas nous décider de manière irrationnelle et passer à côté de quelque chose de génial !

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Problem: Recycle nuclear waste in breeder reactors

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Description:

Les déchets nucléaires pourraient, en théorie, être réutilisés comme combustible pour un autre type de réacteur appelé réacteur « de surgénération ». Ce serait formidable pour pas mal de raisons : coûts, disponibilité du combustible et, bien sûr, parce qu'il y aurait moins de déchets. Cependant, cette technologie n'est pas encore approuvée et nécessite plus de travail pour devenir une réalité.

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L'énergie solaire

Problem: Earth-abundant thin-film solar: cheaper & sustainable?

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Les panneaux solaires à couche mince sont une sorte de technologie solaire photovoltaïque. Aujourd'hui, les cellules solaires à couche mince sont fabriquées à partir d’éléments rares, ce qui signifie que nous ne pouvons pas en construire beaucoup. Les travaux récents à leur sujet visent à utiliser des matériaux qui sont beaucoup plus abondants sur Terre. Au bout du compte, ces cellules pourraient être moins coûteuses, plus durables et plus efficaces que les technologies actuelles de silicium commercial ou à couche mince.

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Problem: Recycling of solar panels

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Description:

Les ressources que notre planète nous offre sont limitées, et une partie de celles utilisées pour le solaire photovoltaïque sont particulièrement rares. Les panneaux solaires ont une durée de vie d'environ 25 ans. Au-delà, ils doivent être remplacés par de nouveaux panneaux. Cela crée deux problèmes : 1) les vieux panneaux deviennent des déchets, et 2) la construction des nouveaux panneaux nécessitera des matières premières. La triste réalité est qu'aujourd'hui, la plupart des déchets électroniques des pays développés sont exportés de manière irresponsable et jetés dans les pays en voie de développement. Être en mesure de recycler à bas coût les matériaux des anciens panneaux et les réutiliser pour en créer de nouveaux pourrait résoudre ces problèmes.

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L'énergie éolienne

Problem: Floating turbines

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Actuellement, les éoliennes offshore ne peuvent être construites qu’à proximité des côtes. Malheureusement, les vents près de la côte sont plus lents et moins constants qu'en pleine mer. Des éoliennes flottantes pourraient être ancrées sur le fond marin avec de longs câbles en acier, ce qui permettrait de les placer dans des eaux bien plus profondes. Les vents y sont plus forts et plus constants. Plusieurs essais de cette technologie sont en cours dans le monde.

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Des idées de recherche au stade initial qui pourraient fonctionner

Problem: Artificial Photosynthesis

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Et si nous pouvions faire ce que les plantes font pour produire de l'énergie, mais en mieux ? Les chercheurs travaillent sur des technologies qui transforment directement l'eau, la lumière du soleil et l'air en H₂ et O₂, ou même en des carburants similaires à ceux que nous utilisons aujourd'hui dans les voitures. Cela pourrait nous permettre d'utiliser les combustibles liquides auxquels notre société s'est habituée, mais en les produisant de manière durable.

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Problem: Cheaper Hydrogen from Electrolysis

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Description:

Des électrolyseurs moins chers et des technologies de compression de l'hydrogène plus efficaces pourraient permettre à l'hydrogène de devenir une forme de stockage populaire et polyvalente.

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Problem: Make Tokamak Fusion Work

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Description:

De nombreuses questions restent sans réponses concernant les réacteurs de fusion tokamak. Le fait qu'ils consomment plus d'énergie qu'ils n'en produisent n'est que l'un de ces problèmes, et peut-être celui pour lequel nous approchons le plus d'une solution. Il est difficile de fabriquer du tritium à partir du deutérium, du lithium-6 et des neutrons provenant des réactions de fusion. Cela nécessite davantage de recherches. Protéger le réacteur en cours de fonctionnement est un autre problème. Les solutions à ces problèmes doivent être combinées à un système permettant de capter l'énergie des neutrons en mouvement rapide.

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Problem: Make other fusion methods work

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Description:

Il existe de nombreux projets en cours dans les études sur la fusion, pas seulement les tokamaks. Si bon nombre d'entre eux n'aboutiront probablement pas à court ou moyen terme, ou peut-être même jamais, cela reste une option à explorer. Nous en énumérons quelques-uns ci-dessous.

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